Получение качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой
Диссертация
Автор: Шахматов, Денис Михайлович
Название: Получение качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой
Справка: Шахматов, Денис Михайлович. Получение качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой : диссертация кандидата технических наук : 05.03.06 / Шахматов Денис Михайлович; [Место защиты: ГОУВПО "Южно-Уральский государственный университет"] Челябинск, 2008 193 c. :
Объем: 193 стр.
Информация: Челябинск, 2008
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СВАРКЕ ЧУГУНА
11 Краткая характеристика чугунов
12 Оценка свариваемости чугунов
13 Анализ существующих способов сварки чугунов
14 Сравнительный анализ контактной стыковой сварки чугуна и сварки плавлением
15 Ближайшие перспективы применения контактной стыковой сварки чугуна и чугуна со сталью в промышленности
16 Цель и задачи исследования
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ЧУГУНА
21Исследование особенностей процесса сварки трением чугуна
22 Исследование особенностей сварки сопротивлением
23 Исследование особенностей контактной стыковой сварки оплавлением
Выводы по разделу 2
3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ СВАРКИ ЧУГУНА С ЧУГУНОМ ПРИ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ
31 Методика расчета тепловых процессов и режимов при контактной стыковой сварке оплавлением чугуна
32 Расчеты параметров режимов стыковой сварки оплавлением
33 Эксперименты по контактной стыковой сварке чугуна методом прерывистого подогрева по расчетным параметрам
34 Термический цикл стыковой сварки оплавлением с прерывистым подогревом
Выводы по разделу 3'83:
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА КОНТАТКНОЙ СТЬШОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ; ОПЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗЯУЕУНА>И ЧУГУНА СО СТАЛЬЮ;
41 Сварка чугуна;с чугуном?;1
4; 1 Г Определение установочной; длины::
4:12 Определение оптимальных параметров режима предварительного: подогрева:л!:
413 Влияние параметров режима оплавления на качество сварных соединений при сварке чугуна-94:
4114' В л ияния параметров осадки
4-2 0собенности=контактнои!стыковой;сварки чугуна со сталью-
421 Методика проведения экспериментов'и параметры режимов сварки 104;?
422 Особенности формирования структуры комбинированных сварных соединений тих механические свойства;
Выводы по разделу 4
5 РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ЧУГУНА
5 Г Статическая прочность и трещиностойкость сварных соединений из чугуна
5:2 Трещиностойкость сварных соединений из чугуна-;
53 Влияние парахметров микроструктуры чугуна с шаровидным графитом на прочность и пластичность сварных соединений;
54: Анализ напряженного состояния разнородных сварных соединений из чугуна со сталью
55 Оценка влияния плоскостных дефектов на несущую способность сварных соединений из чугуна и стали
Выводы по разделу 5
6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
61 Сварка труб из чугуна
62 Сварка узлов из чугуна и стали
63 Направление дальнейших исследований и перспективы внедрения
Выводы по разделу 6
Введение:
В современном машиностроении более 50% массы машин составляют литые детали, которые в большинстве своем выполнены из чугуна. Кроме хороших литейных свойств, простоты и экономичности получения отливок, чугуны обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью при эксплуатации, малой чувствительности к концентраторам напряжений и рядом других специальных свойств [1].
В настоящее время производство чугунных изделий сводится к их отливке. Вопрос о производстве сварно-литых конструкций из чугуна практически малоисследован, что подтверждается ограниченным количеством информации по этому вопросу в литературных источниках. До сегодняшнего дня сварка применительно к чугуну использовалась в основном для ремонтных работ. Во I многом это обусловлено тем, что чугуны, как правило, обладают ограниченной свариваемостью.
Примерно половина тоннажа получаемого чугуна идет на производство труб и трубных деталей, которые используются в машиностроении, энергетике, химических отраслях промышленности, а также в сфере коммунального хозяйства [2-6].
Задаче повышения коррозионной стойкости и надежности трубопроводов уделяют большое внимание во всем мире, в том числе и в России. Срок службы водопроводов и теплотрасс в настоящее время составляет от 5 до 12 лет, промысловых нефтепроводов - 4.5 лет и определяется скоростью общей коррозии, а чаще всего — питтинговой коррозией основного металла и сварных соединений трубопровода.
Использование труб из серого чугуна при строительстве водопроводов показало их высокую коррозионную стойкость, в том числе к образованию листингов. Срок службы некоторых трубопроводов из серого чугуна составляет более 100 лет [2]. Однако, надежность данных трубопроводов невелика из-за низких пластических свойств серого чугуна, что приводит к частым авариям из-за образующихся трещин при эксплуатации трубопровода. Проблему увеличения прочностных и пластических свойств чугунных труб можно решить путем применения труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ЧТТТГ), полученных методом центробежной отливки. Трубы из ЧШГ обладают прочностью на разрыв не менее 400 Мпа и относительным удлинением не менее 11%. Однако способ соединения труб при помощи раструбного соединения на резиновой манжете (как это осуществляется при строительстве водопроводов) не позволяет использовать трубы из ЧШГ при сооружении теплотрасс, нефтепроводов, продуктопроводов, так как не обеспечивает необходимой прочности и герметичности соединения. Решение проблемы надежного соединения труб шаровидным графитом с помощью сварочных технологий позволит существенно продлить срок эксплуатации трубопроводных систем.
Чугун - один из основных конструкционных материалов * для изготовления корпусных деталей. Обеспечение стабильного качества сварки чугуна открывает широкие возможности ресурсосбережения за счет соединения и восстановления корпусных деталей машин, создания сварно-литых металлоконструкций' в машиностроении. Здесь существует проблема сварки чугуна со сталью. Стыковая сварка может стать основным средством комбинирования стальных и чугунных частей сварного изделия, при котором с наибольшей полнотой будут использованы все положительные технологические и эксплуатационные свойства этих разнородных металлов при изготовлении корпусов насосов, блоков и головок цилиндров для дизельных и карбюраторных двигателей, гильз цилиндров, распределительных валов, тормозных дисков, барабанов и т.д. [1].
Одной^ из основных проблем применения труб из чугуна являются их ограниченная длина, что затрудняет монтаж трубопроводов. В настоящее время основным способом производства труб из чугуна является центробежное литье. Известно, что центробежная отливка затрудняется с увеличением длины трубы. Преодоление этих сложностей сопряжено с технологическими трудностями отливки и резким увеличением расходов на оборудование, оснастку и материалы. Анализируя производство чугунных труб на заводах России, можно сделать вывод о том, что литье труб длиной более 2000 мм приводит к образованию недопустимых дефектов. Использование коротких труб для строительства трубопроводов, как показывает практика, нецелесообразно, ввиду высокой стоимости расходных материалов для дуговых способов сварки чугуна. Поэтому появилась необходимость в разработке мероприятий для увеличения длины выпускаемых труб. Одним из сравнительно дешевых способов получения длинномерных труб является сварно-литой вариант изготовления с использованием контактных методов сварки. Однако, возникла необходимость обеспечения качественных сварных соединений.
Исследованиями на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Южно-Уральского государственного технического университета, начало которым положил В.М. Шахматов совместно с И.Р. Пацкевичем [7,8], экспериментально установлена возможность получения качественного соединения некоторых марок чугуна с чугуном и чугуна со сталью высокопроизводительным и простым методом с помощью контактной стыковой сварки. Однако не раскрыт вопрос о теоретическом обосновании технологии сварки. Остается открытым так же вопрос о расширении номенклатуры марок соединяемых деталей из чугуна, в частности для деталей из чугуна с шаровидным графитом. Не исследованы вопросы прочности и трещиностойкости сварных соединений из чугунов и комбинированных соединений из чугуна со сталью.
Развитие стыковой сварки чугуна с чугуном и чугуна со сталью в настоящее время находится в начальной стадии и опирается пока лишь на первые результаты исследований.
Условием дальнейшего расширения областей и объема применения стыковой сварки чугуна в промышленности является всестороннее и глубокое изучение этого специфического процесса.
Проблему получения качественных сварных соединений из чугуна контактной стыковой сваркой необходимо рассматривать с двух сторон:
1. Общетеоретической;
2. Практической (прикладной).
В первом случае, особые механические и физические свойства чугуна потребовали детального исследования таких совершенно новых вопросов, как технологическая прочность при стыковой сварке, влияние графитных составляющих на процесс сваривания, особенности структурных превращений в зоне термического влияния и протекание диффузионных процессов при сварке чугуна со сталью. Анализ прочности и трещиностойкости сварных соединений потребовал создания расчетных методик, базирующихся современных подходах механики разрушения, теории упругости и пластичности.
Во втором случае, на основе проведенных исследований оказалось возможным изыскать наиболее оптимальные способы стыковой сварки и параметры режимов процесса. Опыт внедрения стыковой сварки чугуна и чугуна со сталью позволил значительно снизить отбраковку труб, получаемых методом центробежного литья, повысить прочность сварных соединений и другие специальные характеристики деталей. При этом уменьшить трудоемкость получения сварных соединений для различных отраслей промышленности.
|
